DE102008032322A1 - Method for mounting differential gear housing and rear axle gear unit housing by lightweight construction robot, involves contacting housings by robots such that differential gear housing is partially and oscillatingly moved by robot - Google Patents

Method for mounting differential gear housing and rear axle gear unit housing by lightweight construction robot, involves contacting housings by robots such that differential gear housing is partially and oscillatingly moved by robot Download PDF

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Abstract

The method involves holding a differential gear housing (30) by lightweight construction robots (16, 18). A portion of the differential gear housing is installed in an opening of a rear axle gear unit housing (36), where force applied by the robots during the installation process does not exceed a preset threshold i.e. 140 Newton. The housings are contacted by the robots such that the differential gear housing is partially and oscillatingly moved by the robots. One of the housings is movably held by support devices (22).

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Montieren zweier Bauteile mittels eines Leichtbauroboters.The The invention describes a method for mounting two components by means of a lightweight robot.
  • Bei der automatisierten Montage von Bauteilen durch Roboter ist nach dem heutigen Stand der Technik eine exakte Kenntnis der räumlichen Positionen und Lage der zu montierenden Bauteile, sowie die exakte Kenntnis der sogenannten Pose, d. h. die Menge der Stellungsangaben für alle Achsen des Roboters, nötig. Durch Bauteiltoleranzen, Abweichungen bei der Positionierung der Bauteile und Ungenauigkeiten bei der Bewegung des Roboters entstehende Ortsdifferenzen müssen meist durch aufwendige Messungen abgeglichen werden. Durch das hohe Baugewicht heutiger Roboter und die damit verbundenen hohen Trägheitsmomente entstehen nämlich bei einem Kontakt der zu montierenden Bauteile abseits von der Sollposition leicht Beschädigungen dieser Bauteile.at the automated assembly of components by robots is after the current state of the art an exact knowledge of the spatial Positions and position of the components to be mounted, as well as the exact Knowledge of the so-called pose, d. H. the amount of position information for all Axes of the robot, necessary. Due to component tolerances, deviations in the positioning of the Components and inaccuracies in the movement of the robot resulting Location differences need usually be matched by complex measurements. By the high Construction weight of today's robot and the associated high moments of inertia namely arise at a contact of the components to be mounted away from the desired position easily damage this Components.
  • Dadurch wird es insbesondere erforderlich, die Montageposition und den Pfad, den der Roboter beim Zusammenführen der beiden Teile zu beschreiten hat, sehr exakt zu definieren. Eine Berührung der Bauteile soll weitestgehend vermieden werden und allenfalls in der Endposition der beiden montierten Bauteile zustande kommen.Thereby In particular, it will be necessary to know the mounting position and the path, the robot when merging of the two parts has to define very precisely. A contact The components should be avoided as far as possible and possibly in the final position of the two assembled components come about.
  • Im Gegensatz dazu bringt ein menschlicher Monteur beim Montieren zweier Bauteile diese in der Regel frühzeitig in Kontakt und führt sie dann durch eine Serie kleiner Korrekturbewegungen in ihre Endposition über. Durch solche kleinen Korrekturen wird insbesondere auch ein Verkanten der Bauteile gegeneinander und daraus resultierende Beschädigungen vermieden.in the Contrary to that, a human mechanic brings in mounting two These components usually early in contact and leads then move them through a series of small correction movements into their final position. By such small corrections will in particular also be jamming the components against each other and resulting damage avoided.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, Verfahren zum Montieren zweier Bauteile mittels eines Leichtbauroboters bereitzustellen, mit denen die Bauteile montiert werden können, ohne dass die Positionen und Toleranzen exakt vermessen werden müssen, und insbesondere ohne dass vermieden werden muss, die Bauteile frühzeitig in Kontakt zueinander zu bringen.Of the The present invention is therefore the object of the method to provide for mounting two components by means of a lightweight robot, with which the components can be mounted without changing the positions and tolerances must be measured accurately, and in particular without that must be avoided, the components early in contact with each other bring to.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a method having the features of the patent claim 1 solved.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Montieren zweier Bauteile mittels eines Leichtbauroboters wird zunächst ein erstes Bauteil mittels des Roboters aufgenommen und anschließend mit zumindest einem Teilbereich in eine Ausnehmung eines zweiten Bauteils eingeführt, wobei es bereits frühzeitig zum Kontakt zwischen den Bauteilen kommt. Während der Einführbewegung wird dabei das erste Bauteil durch den Leichtbauroboter zumindest zeitweise oszillierend bewegt. Unter Leichtbauroboter ist hier ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Kraftsteuerung aufweist. Durch das geringe Eigengewicht und die präzise Steuerung ist es nun vorteilhaft möglich, Bauteile auch frühzeitig bei ihrer gegenseitigen Montage in Kontakt miteinander zu bringen, ohne dass Beschädigungen der Bauteile daraus resultieren. Die oszillierende Bewegung des ersten Bauteils während seines Einführens in das zweite Bauteil bildet auf vorteilhafte Weise das menschliche Verfahren der Herstellung einer Sollposition durch kleine Positionskorrekturen ab. Insbesondere wird durch eine solche oszillierende Bewegung, welche entlang einer oder auch mehrerer Achsen erfolgen kann, ein Verkanten der beiden Bauteile gegeneinander vermieden, bzw. entstehende Verkantungen gelöst, ohne dass im Verkantungsbereich hohe Kräfte, welche zu Beschädigungen führen könnten, auftreten.at a method according to the invention for Mounting two components by means of a lightweight robot is initially a first component received by the robot and then with at least a portion introduced into a recess of a second component, wherein it already early comes to the contact between the components. During the insertion movement In this case, the first component is at least made by the lightweight robot temporarily oscillating. Among lightweight robots is here To understand robots that have a very low deadweight and a very precise Force control has. Due to the low weight and the precise Control, it is now advantageously possible, components also early to bring into contact with each other during their mutual assembly, without any damage resulting in the components. The oscillating movement of the first component during his introduction in the second component forms in an advantageous manner, the human Method of making a set position by small position corrections from. In particular, by such an oscillating motion, which along one or more axes can be done, tilting the two components against each other avoided, or resulting tilting solved, without that in the tilting area high forces, causing damage to lead could occur.
  • Es ist dabei besonders vorteilhaft, dass zumindest eines der Bauteile durch eine Stützvorrichtung beweglich gehalten wird. Die Stützvorrichtung kann dabei in Form eines Galgens ausgebildet sein, und dient dazu, das Eigengewicht des zu bewegenden Bauteils aufzunehmen. Hierzu kann beispielsweise die Gewichtskraft des Werkstückes über einen durch ein Proportionalventil gesteuerten Pneumatikzylinder kompensiert werden. Damit werden die vom Roboter beim Montieren der beiden Bauteile aufzuwendenden Kräfte vorteilhaft weiter verringert, da der Roboter nun nicht mehr das Eigengewicht des in der Stützvorrichtung gehaltenen Bauteils aufnehmen muss, sondern lediglich dessen Trägheitskräfte zu überwinden hat. Durch diese geringeren aufgewendeten Kräfte wird das Risiko von Beschädigungen der zu montierenden Bauteil weiter reduziert.It It is particularly advantageous that at least one of the components by a support device is kept movable. The support device can be designed in the form of a gallows, and serves to the To pick up the dead weight of the component to be moved. For this purpose can For example, the weight of the workpiece over a through a proportional valve controlled pneumatic cylinder can be compensated. This will be the from the robot when mounting the two components expended forces advantageous further reduced, since the robot is no longer the dead weight in the support device held component, but only to overcome its inertial forces Has. Due to these lower forces, the risk of damage to the to be mounted component further reduced.
  • Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, dass die durch den Leichtbauroboter beim Einführen des Teilbereichs in eine Ausnehmung des zweiten Bauteils aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet. Solche Schwellenwerte können bauteilabhängig vorgegeben werden und reduzieren weiter das Beschädigungsrisiko und damit den beim Verfahren entstehenden Ausschuss. Insbesondere ist es vorteilhaft, den Schwellenwert für die aufgebrachte Kraft auf etwa 140 Newton festzulegen. Weiterhin ist die Oszillationsbewegung des ersten Bauteils bei dessen Einführen in die Ausnehmung des zweiten Bauteils vorteilhafter Weise auf eine Frequenz zwischen 1 und 83 Hertz zu begrenzen.It is also particularly advantageous that the through the lightweight robot during insertion of the portion applied in a recess of the second component Force does not exceed a predetermined threshold. Such threshold values can be predefined component-dependent and reduce further the risk of damage and thus the committee arising during the procedure. In particular, it is advantageous the threshold for set the applied force at about 140 Newton. Farther is the oscillatory motion of the first component as it is inserted into the recess of the second component advantageously on a Limit frequency between 1 and 83 hertz.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist dem Leichtbauroboter eine Steuereinheit beigestellt, welche Daten über Positionen des ersten und des zweiten Bauteils, sowie über eine Pose des Leichtbauroboters empfängt, verarbeitet und in der Folge Steuersignale zum Korrigieren der Bewegungen des Leichtbauroboters an den Leichtbauroboter sendet. Damit kann beispielsweise festgestellt werden, ob eine Verkantung der beiden Bauteile aufgetreten ist und damit eine oszillierende Bewegung zum Lösen der Verkantung nötig ist. Weiterhin ermöglicht eine solche Steuerung die Ausführung von gerichteten Korrekturbewegungen bei toleranzbedingten Fehlpositionierungen des ersten oder des zweiten Bauteils.In a further embodiment, the lightweight robot is provided with a control unit which receives data on positions of the first and second components, as well as on a pose of the lightweight robot, and subsequently processes control signals for correcting the movements of the light Robot robot sends to the lightweight robot. This can be determined, for example, whether a tilting of the two components has occurred and thus an oscillating movement to release the jam is necessary. Furthermore, such a control allows the execution of directed correction movements in tolerance-induced incorrect positioning of the first or the second component.
  • Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen näher erläutert werden, wobeiin the Below is the invention and its embodiments with reference to the drawing be explained in more detail, in which
  • 1 eine perspektivische Darstellung einer Montagezelle zur Montage eines Ausgleichsgetriebes in ein Hinterachsgetriebegehäuse nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, und 1 a perspective view of a mounting cell for mounting a differential gear in a Hinterachsgetriebegehäuse according to a method of the invention, and
  • 2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Greifers für Lagerschalen und Lagersicherungen zur Verwendung mit einem Leichtbauroboter in einem erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. 2 a perspective sectional view of a gripper for bearing shells and bearing retainers for use with a lightweight robot in a method according to the invention.
  • Als exemplarisches Beispiel für den Einsatz des eingangs beschriebenen Verfahrens zum Montieren zweier Bauteile soll hier die Montage eines Ausgleichsgetriebes in ein Hinterachsgetriebegehäuse geschildert werden. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf diesen spezifischen Anwendungsfall.When exemplary example of the use of the method described above for mounting Two components should here the assembly of a differential gear in a Hinterachsgetriebegehäuse be described. Of course limited The invention is not limited to this specific application.
  • Eine insgesamt mit 10 bezeichnete Montagezelle zur Montage eines Ausgleichsgetriebes in ein Hinterachsgetriebegehäuse ist in der Figur schematisch dargestellt. Sie umfasst zwei Arbeitstische 12 und 14, sowie zwei Leichtbauroboter 16 und 18. Um die Leichtbauroboter 16 und 18 von der Gewichtskraft der zu montierenden Teile zu entlasten sind weiterhin zwei Galgen 20 und 22 bereitgestellt, in welchen Teile beweglich gelagert werden können. Zur Kompensation der Gewichtskraft der an den Galgen 20 und 22 aufgenommenen Teile steht ein pneumatisches System 24 zur Verfügung, welches über Proportionalventile die auftretenden Gewichtskräfte ausgleichen. Weiterhin erfolgt die Lagerung der beweglichen Teile der Galgen 20 und 22 über Pendelrollenlager 26, welche zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern ausgelegt sind.A total with 10 designated assembly cell for mounting a differential gear in a Hinterachsgetriebegehäuse is shown schematically in the figure. It includes two work tables 12 and 14 , as well as two lightweight robots 16 and 18 , To the lightweight robots 16 and 18 To relieve the weight of the parts to be mounted are still two gallows 20 and 22 provided, in which parts can be stored movable. To compensate for the weight of the gallows 20 and 22 recorded parts is a pneumatic system 24 available, which balance the occurring weight forces via proportional valves. Furthermore, the storage of the moving parts of the gallows 20 and 22 via spherical roller bearings 26 , which are designed to compensate for misalignment.
  • In einem ersten Schritt der Montage des Ausgleichsgetriebes wird über eine am Galgen 20 befestigte Haltevorrichtung 28 ein Kegelrollenlager 30 in eine Presse 32 eingeführt, wobei das Kegelrollenlager in das Ausgleichsgetriebegehäuse eingepresst wird. Das Ausgleichsgetriebegehäuse 30 wird nun vom Leichtbauroboter 16 über einen Löffelgreifer aufgenommen und zur Einschwenkstation 34 überführt. Dort wird durch den Leichtbauroboter 16 das Ausgleichsgetriebegehäuse in das Hinterachsgetriebegehäuse 36 eingeschwenkt. Bei diesem Einschwenkprozess kommt das erfindungsgemäße Verfahren zum ersten Mal zum Tragen, indem das Ausgleichsgetriebegehäuse vom Leichtbauroboter 16 zunächst an eine Wandung des Hinterachsgetriebegehäuses mit definierter Kraft angelegt wird. Von dieser Position aus wird das Ausgleichsgetriebegehäuse 30 nun definiert in das Hinterachsgetriebegehäuse 36 geschwenkt. Dabei wird durch eine Steuereinrichtung der Leichtbauroboter 16 derart gesteuert, dass Fertigungstoleranzen oder Lageverschiebungen kompensierbar sind. Dazu können auch die erfindungsgemäß vorgesehenen oszillierenden Bewegungen zum Einsatz kommen. In der Endlage des Ausgleichsgetriebesgehäuses im Hinterachsgetriebegehäuse wird das Ausgleichsgetriebegehäuse schließlich vom Leichtbauroboter 16 minimal um seine Hochachse rotiert, um die Zahnflanken der beiden Getriebe aneinander anzufädeln. Über eine Rutsche 38 werden im nächsten Schritt die Lagerschalen zugeführt und über eine Umklappvorrichtung 40 gewendet, so dass sie in einer Abholposition 42 zu liegen kommen. Lagerschalen und Lagersicherungen werden im nächsten Schritt gleichzeitig von den Leichtbaurobotern 16 und 18 an das Hinterachsgetriebegehäuse 36 montiert. Die gleichzeitige Montage verhindert ein Herausfallen der Lagerschale, das Verwenden eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu dieser Montage verringert die Gefahr einer Verkantung der Bauteile gegeneinander. Insbesondere durch kontrollierte, oszillierende Kraftimpulse des Leichtbauroboters wird ein solches Verkanten vermieden und eine sichere Zentrierung der Bauteile in ihre Endposition ermöglicht. Zur Aufnahme von Lagerschalen und Lagersicherungen durch den Leichtbauroboter 16, 18 wird ein spezieller Greifer 44 verwendet, welcher in 2 in einer Schnittdarstellung gezeigt ist. Der Greifer 44 ist zylindrisch aufgebaut, wobei eine äußere Schale 46 des Greifers komplementär zu einer Lagersicherung 48 bzw. zu einer Lagerschale ist. Zur Übertragung oszillierender Bewegungen auf die Lagerschale ist die äußere Schale 46 über Dünnringlager 50 drehbar gegenüber einem Innenteil 52 des Greifers 44 gelagert. Das Innenteil 52 umfasst dabei eine exzentrische Zentrierspitze 54 zum Fügen der Lagerschale sowie ein Kugeldruckstück 56 zum Arretieren der Mittelstellung der Lagerschale. Über die Dünnringlager 50 können bei einer Verkantung der zu montierenden Bauteile oszillierende Kraftimpulse auf die von der äußeren Schale 46 gehaltene Lagerschale bzw. den Lagerring 48 ausgeübt werden. Um eine Anpassung des Systems auf verschiedene zu montierende Lagerschalen bzw. Lagersicherungen zu ermöglichen ist in einem Fußbereich 58 des Greifers 44 ein Anschluss für ein Werkzeugschnellwechselsystem vorgesehen, so dass die Leichtbauroboter 16 und 18 in kürzester Zeit auf andere Lagerschalengeometrien umgerüstet werden können.In a first step, the assembly of the differential gear is about one on the gallows 20 fixed holding device 28 a tapered roller bearing 30 in a press 32 introduced, wherein the tapered roller bearing is pressed into the differential housing. The differential housing 30 is now the lightweight robot 16 taken over a spoon gripper and the Einschwenkstation 34 transferred. There is by the lightweight robot 16 the differential housing in the Hinterachsgetriebegehäuse 36 pivoted. In this Einschwenkprozess the inventive method comes into play for the first time by the differential housing of the lightweight robot 16 is first applied to a wall of Hinterachsgetriebegehäuses with defined force. From this position, the differential housing becomes 30 now defined in the Hinterachsgetriebegehäuse 36 pivoted. In this case, by a control device of lightweight robots 16 so controlled that manufacturing tolerances or positional shifts are compensated. For this purpose, the inventively provided oscillating movements can be used. In the final position of the differential housing in Hinterachsgetriebegehäuse the differential housing is finally from the lightweight robot 16 minimally rotated about its vertical axis to thread the tooth flanks of the two gears together. About a slide 38 In the next step, the bearings are fed and a folding device 40 turned so that they are in a pick-up position 42 to come to rest. In the next step, bearing shells and bearing retainers will be simultaneously used by the lightweight robots 16 and 18 to the Hinterachsgetriebegehäuse 36 assembled. The simultaneous assembly prevents falling out of the bearing shell, the use of a method according to the invention for this assembly reduces the risk of jamming of the components against each other. In particular, by controlled, oscillating force pulses of the lightweight robot such tilting is avoided and enables a secure centering of the components in their final position. For holding bearing shells and bearing safety devices by the lightweight robot 16 . 18 becomes a special gripper 44 used, which in 2 is shown in a sectional view. The gripper 44 is cylindrical, with an outer shell 46 of the gripper complementary to a bearing protection 48 or to a bearing shell. To transmit oscillating movements to the bearing shell is the outer shell 46 over thin ring bearings 50 rotatable relative to an inner part 52 of the gripper 44 stored. The inner part 52 includes an eccentric centering tip 54 for joining the bearing shell and a ball pressure piece 56 for locking the middle position of the bearing shell. About the thin ring bearings 50 can be at a tilt of the components to be mounted oscillating force pulses to that of the outer shell 46 held bearing shell or the bearing ring 48 be exercised. In order to allow an adaptation of the system to different bearings to be mounted or storage fuses is in a footer 58 of the gripper 44 a connection provided for a tool quick change system, so that the lightweight robots 16 and 18 can be converted to other bearing shell geometries in a very short time.
  • An diesem Punkt ist die Montage des Hinterachsgetriebegehäuses abgeschlossen, es kann in der Folge von weiteren hier nicht gezeigten Vorrichtungen zu seinem nächsten Verarbeitungsort weiter transportiert werden.At this point, the assembly of the Hinterachsgetriebegehäuses is completed, it can in the sequence of further devices not shown here are further transported to its next processing location.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Montieren zweier Bauteile (30, 36) mittels eines Leichtbauroboters mit den Schritten: – Aufnehmen eines ersten Bauteils (30) mittels des Leichtbauroboters (16, 18); – Einführen zumindest eines Teilbereichs des ersten Bauteils (30) in eine Ausnehmung eines zweiten Bauteils (36) und Kontaktieren der Bauteile (30, 36) mittels des Leichtbauroboters (16, 18), wobei das erste Bauteil (30) mittels des Leichtbauroboters (16, 18) zumindest zeitweise oszillierend bewegt wird.Method for mounting two components ( 30 . 36 ) by means of a lightweight robot with the steps: - picking up a first component ( 30 ) by means of the lightweight robot ( 16 . 18 ); Inserting at least a portion of the first component ( 30 ) in a recess of a second component ( 36 ) and contacting the components ( 30 . 36 ) by means of the lightweight robot ( 16 . 18 ), the first component ( 30 ) by means of the lightweight robot ( 16 . 18 ) is moved at least temporarily oscillating.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauteile (30, 36) durch eine Stützvorrichtung (20, 22) beweglich gehalten wird.Method according to claim 1, characterized in that at least one of the components ( 30 . 36 ) by a supporting device ( 20 . 22 ) is kept movable.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Leichtbauroboter (16, 18) beim Einführen des Teilbereichs in eine Ausnehmung des zweiten Bauteils (36) aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet.A method according to claim 1 or 2, characterized in that by the lightweight robot ( 16 . 18 ) during insertion of the subregion into a recess of the second component ( 36 ) applied force does not exceed a predetermined threshold.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert für die aufgebrachte Kraft 140 N beträgt.Method according to claim 3, characterized that the threshold for the applied force is 140N.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (30) mit einer Frequenz von bis zu 83 Hz oszillierend bewegt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first component ( 30 ) is oscillated with a frequency of up to 83 Hz.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit Daten über Positionen des ersten (30) und des zweiten Bauteils (36), sowie über eine Pose des Leichbauroboters (16, 18) empfängt, verarbeitet und Steuersignale zum Korrigieren der Bewegungen des Leichtbauroboters (16, 18) an den Leichtbauroboter (16, 18) sendet.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a control unit data on positions of the first ( 30 ) and the second component ( 36 ), as well as a pose of the Leichbaueroboters ( 16 . 18 ) receives, processes and controls signals for correcting the movements of the lightweight robot ( 16 . 18 ) to the lightweight robot ( 16 . 18 ) sends.
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